目 錄 第1章 MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ) 1 1.1 MATLAB簡介 1 1.1.1 操作界面介紹 2 1.1.2 幫助系統(tǒng) 4 1.1.3 工具箱 6 1.2 MATLAB基本使用方法 12 1.2.1 基本要素 12 1.2.2 應(yīng)用基礎(chǔ) 14 1.2.3 數(shù)值運(yùn)算 18 1.2.4 符號(hào)運(yùn)算 22 1.2.5 圖形表達(dá)功能 25 1.2.6 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 33 習(xí)題1 37 第2章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 39 2.1 數(shù)學(xué)模型的建立 39 2.1.1 傳遞函數(shù)模型 39 2.1.2 狀態(tài)空間模型 41 2.1.3 零極點(diǎn)增益模型 44 2.1.4 頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)模型 45 2.1.5 模型參數(shù)的獲取 46 2.2 數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)換 47 2.2.1 連續(xù)時(shí)間模型和離散時(shí)間模 型的相互轉(zhuǎn)換 47 2.2.2 傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模 型的相互轉(zhuǎn)換 48 2.2.3 傳遞函數(shù)模型和零極點(diǎn)增益 模型的相互轉(zhuǎn)換 49 2.2.4 狀態(tài)空間模型和零極點(diǎn)增益 模型的相互轉(zhuǎn)換 50 2.2.5 離散時(shí)間系統(tǒng)的重新采樣 52 2.3 數(shù)學(xué)模型的連接 60 2.3.1 串聯(lián)連接 60 2.3.2 并聯(lián)連接 61 2.3.3 反饋連接 62 習(xí)題2 63 第3章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析 65 3.1 零輸入響應(yīng)分析 65 3.2 脈沖輸入響應(yīng)分析 67 3.3 階躍輸入響應(yīng)分析 69 3.4 高階系統(tǒng)響應(yīng)分析 70 3.5 任意輸入響應(yīng)分析 75 3.6 根軌跡分析方法 77 3.7 控制系統(tǒng)的頻率特性 79 習(xí)題3 85 第4章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)性能分析 87 4.1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 87 4.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 92 4.3 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 97 習(xí)題4 102 第5章 基于MATLAB/Simulink的 控制系統(tǒng)建模與仿真 104 5.1 Simulink模塊庫 104 5.2 Simulink基本操作 113 5.3 Simulink建模與仿真 114 5.4 基于MATLAB/Simulink的非 線性系統(tǒng)自激振蕩的分析 126 習(xí)題5 134 第6章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 校正 136 6.1 PID控制器 136 6.2 超前校正 139 6.3 滯后校正 143 6.4 SISO設(shè)計(jì)工具 147 習(xí)題6 154 第7章 應(yīng)用實(shí)例1——汽車防抱死制 動(dòng)系統(tǒng)建模與控制仿真 157 7.1 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模型 157 7.1.1 整車模型 157 7.1.2 輪胎模型 158 7.1.3 滑移率模型 159 7.1.4 單輪模型 160 7.2 基于單輪模型的Simulink 仿真 160 第8章 應(yīng)用實(shí)例2——車輛懸架系統(tǒng) 的建模和控制仿真 164 8.1 汽車懸架系統(tǒng)模型 164 8.1.1 汽車被動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方 程的建立 165 8.1.2 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方 程的建立 165 8.2 懸架系統(tǒng)模型性能分析及仿真 166 8.2.1 穩(wěn)定性分析 166 8.2.2 脈沖響應(yīng) 167 8.2.3 鋸齒波響應(yīng) 169 8.2.4 正弦波響應(yīng) 170 8.2.5 白噪聲路面模擬輸入仿真 171 8.2.6 汽車懸架系統(tǒng)的對(duì)比分析 及評(píng)價(jià) 173 第9章 應(yīng)用實(shí)例3——汽車四輪轉(zhuǎn)向 控制系統(tǒng)仿真 175 9.1 四輪轉(zhuǎn)向車輛的動(dòng)力學(xué)模型 175 9.2 基于橫擺角速度反饋控制的 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究 176 9.2.1 模型的建立 176 9.2.2 控制算法 177 9.2.3 基于MATLAB/Simulink仿真 178 9.2.4 操縱穩(wěn)定性分析 181 9.3 基于最優(yōu)控制的四輪轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)研究 181 9.3.1 模型的建立 181 9.3.2 4WS系統(tǒng)的可控性和能觀 性分析 182 9.3.3 基于MATLAB仿真 182 第10章 MATLAB半實(shí)物仿真系統(tǒng) 186 10.1 MATLAB xPC半實(shí)物仿真 系統(tǒng) 186 10.1.1 MATLAB xPC半實(shí)物 仿真平臺(tái)架構(gòu) 186 10.1.2 在Simulink中搭建半 實(shí)物仿真系統(tǒng)框圖 193 10.2 用M語言編寫的算法進(jìn)行 xPC半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)方法 196 10.2.1 S-Function模塊使用C代 碼進(jìn)行xPC半實(shí)物仿真的 框架 197 10.2.2 S-Function模塊使用RTW 工具箱生成C文件并內(nèi)部 調(diào)用 197 10.2.3 使用嵌入式MATLAB函數(shù) 進(jìn)行xPC半實(shí)物仿真方法 199 10.3 顯式模型預(yù)測控制算法xPC 半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn) 200 10.3.1 顯式模型預(yù)測控制xPC 半實(shí)物仿真平臺(tái)架構(gòu) 201 10.3.2 建立顯式模型預(yù)測控 制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的 Simulink模型 202 10.3.3 顯式模型預(yù)測控制半實(shí) 物仿真系統(tǒng)控制效果 204 10.4 利用C-MEX混編技術(shù)實(shí)現(xiàn)在MATLAB環(huán)境下操作硬件 206 10.4.1 編寫用于驅(qū)動(dòng)和操作硬 件的MEX文件 206 10.4.2 MEX文件的測試與應(yīng)用 210 第11章 應(yīng)用實(shí)例——三自由度直升機(jī) 系統(tǒng)半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制 214 11.1 Quanser三自由度直升機(jī)的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型 214 11.2 三自由度直升機(jī)PID控制器 設(shè)計(jì) 217 11.3 三自由度直升機(jī)PID控制數(shù) 值仿真 218 11.4 三自由度直升機(jī)控制半實(shí)物 仿真與實(shí)時(shí)控制 222 11.5 三自由度直升機(jī)控制半實(shí)物 仿真實(shí)驗(yàn) 226 參考文獻(xiàn) 229